JP2015132681A - 2成分現像剤、及び2成分現像剤の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】帯電性及び耐久性に優れる2成分現像剤、及び2成分現像剤の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の2成分現像剤は、トナー粒子とキャリアとを含む。トナー粒子には、表面がメラミン樹脂で被覆されたシリカ微粒子を含む外添剤が外添されている。キャリアは、キャリア芯材と、キャリア芯材の表面を被覆する第1層と、第1層の表面を被覆する第2層とを含む。第1層がフッ素系樹脂から構成され、第2層がメラミン樹脂から構成される。【選択図】図1

Description

本発明は、トナー粒子とキャリアとを含む2成分現像剤、及び2成分現像剤の製造方法に関する。
電子写真法が採用された画像形成において、トナー粒子とキャリアとを含む2成分現像剤が用いられることがある。キャリアとして、キャリア芯材の表面が混合樹脂で被覆されたキャリアが知られている(特許文献1)。特許文献1には、この混合樹脂が、シリコーン樹脂、ポリエチレン樹脂及びフッ素樹脂から選択される1種以上の樹脂と、アクリル樹脂、エポキシ樹脂及びメラミン樹脂から選択される1種以上の樹脂との混合樹脂であることが記載されている。さらに、この混合樹脂に導電性微粉末が分散されることが記載されている。
また、キャリアとして、キャリア芯材の表面に下層及び表面層からなる2層構成の被覆膜が形成されたキャリアが知られている(特許文献2)。特許文献2には、上記の下層がポリアミドイミド樹脂を含む四フッ化エチレン系樹脂、エポキシ樹脂を含む四フッ化エチレン系樹脂、及びフッ化ビニリデンを含有するフッ素系樹脂から選ばれた少なくとも一種のフッ素系樹脂から構成されること、並びに上記の表面層がシリコーン樹脂から構成されることが記載されている。
特開2009−098348号公報 特開平4−333861号公報
しかしながら、特許文献1に記載されたキャリアにおいては、均一な被覆膜を形成することが困難であるため、得られた被覆膜の耐久性が不十分となると考えられる。さらに、このキャリアを含む2成分現像剤は、帯電性にも劣ると考えられる。
また、特許文献2に記載された2成分現像剤においては、キャリアに形成された表面層を構成するシリコーン樹脂に起因して、帯電付与性が過度に高くなると考えられる。そのため、この2成分現像剤を用いて画像を形成する際は、トナーの帯電性が不安定となり、印字率が変化した場合に高品質な画像を得ることが困難と考えられる。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、印字条件(例えば、印字率)が変化した場合であっても安定して高品質な画像を得ることが可能であり、耐久性に優れる2成分現像剤を提供することを目的とする。
本発明の2成分現像剤は、トナー粒子とキャリアとを含む。トナー粒子は結着樹脂を含有するトナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に外添された外添剤とを含む。外添剤は、メラミン樹脂層で被覆されたシリカ微粒子を含む。キャリアは、キャリア芯材と、キャリア芯材の表面を被覆する第1層と、第1層の表面を被覆する第2層とを含む。第1層はフッ素系樹脂から構成され、第2層がメラミン樹脂から構成される。
さらに、本発明の2成分現像剤の製造方法は、トナー粒子とキャリアとを含む2成分現像剤の製造方法である。この製造方法は、トナー粒子を調製する工程と、キャリアを調製する工程と、キャリアとトナー粒子とを混合する工程とを包含する。トナー粒子を調製する工程は、トナー母粒子を準備する工程と、外添剤を調製する工程と、外添剤をトナー母粒子に外添する工程とを含む。外添剤はメラミン樹脂層で被覆されたシリカ微粒子を含有する。キャリアを調製する工程は、キャリア芯材を準備する工程と、キャリア芯材の表面にフッ素系樹脂を含む第1層形成用液を供給する工程と、第1層形成用液が供給された前記キャリア芯材の表面にメラミン樹脂を含む第2層形成用液を供給する工程と、前記第1層形成用液及び前記第2層形成用液が供給された前記キャリア芯材を熱処理する工程とを含む。
本発明の2成分現像剤によれば、印字条件(例えば、印字率)が変化した場合であっても、安定して良好な画像を得ることが可能であり、優れた耐久性を達成することができる。
本実施形態の2成分現像剤に含まれるトナー粒子を示す図である。 結着樹脂の軟化点Tmの読み取り方を説明する図である。 本実施形態の2成分現像剤に含まれるキャリアを示す図である。 本実施形態の2成分現像剤に含まれるキャリアの別の態様を示す図である。 本実施形態の2成分現像剤を示す図である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内で適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については適宜説明を省略する場合があるが、発明の要旨を限定するものではない。
本実施形態の2成分現像剤は、トナー粒子とキャリアとを含む。以下にトナー粒子、キャリア、及び2成分現像剤について、この順に説明する。
(トナー粒子)
本実施形態において、トナー粒子は、キャリアと混合されて2成分現像剤に含まれる。
図1を参照して、トナー粒子について説明する。図1はトナー粒子100を示す。トナー粒子100は結着樹脂を含有するトナー母粒子110と、前記トナー母粒子110の表面に外添された外添剤160とを含む。外添剤160は、被覆シリカ微粒子140を含む。被覆シリカ微粒子140は、メラミン樹脂層130で被覆されたシリカ微粒子120である。さらに、被覆シリカ微粒子140以外の外添剤微粒子150を含んでいてもよい。なお、本明細書における「トナー母粒子」とは、外添剤160を用いて外添処理される前のトナー粒子を意味する。
トナー母粒子110を構成する成分について、以下に説明する。トナー母粒子110は、結着樹脂を必須成分として含有する。結着樹脂の具体例としては、熱可塑性樹脂(スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、N−ビニル系樹脂、又はスチレン−ブタジエン系樹脂)が挙げられる。結着樹脂としては、トナー母粒子110中の着色剤の分散性、帯電性、又は記録媒体に対する定着性を好適なものにするため、スチレンアクリル系樹脂又はポリエステル樹脂が好ましい。
結着樹脂のガラス転移点Tgは、定着性を確保するために、20℃以上55℃以下であることが好ましい。結着樹脂のガラス転移点Tgは、示差走査熱量計(DSC)を用い、結着樹脂の比熱の変化点から求めることができる。例えば、測定装置として示差走査熱量計(例えば、セイコーインスツル株式会社製、「DSC−6200」)を用い、結着樹脂の吸熱曲線を測定することで、ガラス転移点Tgを求める。より具体的には、測定試料10mgをアルミパン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを使用し、測定温度範囲25℃以上200℃以下かつ昇温速度10℃/分の条件で結着樹脂の吸熱曲線を得、この吸熱曲線に基づいて結着樹脂のガラス転移点Tgを求める方法が挙げられる。
結着樹脂の軟化点Tmは、定着性を確保するために、100℃以下が好ましく、95℃以下がより好ましい。結着樹脂の軟化点Tmを調整するには、例えば、異なる軟化点Tmを有する複数の結着樹脂を組み合わせればよい。
結着樹脂の軟化点Tmの測定には、高架式フローテスター(例えば、株式会社島津製作所製、「CFT−500D」)を用いることができる。具体的には、測定試料を高架式フローテスターにセットし、所定の条件(ダイス細孔経1mm、プランジャー荷重20kg/cm2、昇温速度6℃/分)で、1cm3の試料を溶融流出させてS字カーブ(つまり、温度(℃)/ストローク(mm)に関するS字カーブ)を得、このS字カーブから結着樹脂の軟化点Tmを読み取る。
図2を参照して、結着樹脂の軟化点Tmの読み取り方を説明する。図2において、ストロークの最大値をS1とし、S1の温度より低温側のベースラインのストローク値をS2とする。S字カーブ中のストロークの値が、(S1+S2)/2となる温度を測定試料の軟化点Tmとする。
図1に戻って、トナー粒子100の説明を続ける。トナー母粒子110は、着色剤を含有してもよい。着色剤としては、トナー粒子100の色に合わせて、公知の顔料や染料を用いることができる。黒色着色剤としては、カーボンブラックが挙げられる。また、後述のイエロー着色剤、マゼンタ着色剤、又はシアン着色剤のような着色剤を用いて黒色に調色された着色剤も、黒色着色剤として利用できる。
トナー粒子100がカラートナー粒子である場合、トナー母粒子110は、イエロー着色剤、マゼンタ着色剤、又はシアン着色剤を含有することができる。これらの着色剤としては、公知の顔料や染料を用いることができる。
トナー母粒子110における着色剤の使用量は、結着樹脂100質量部に対して1質量部以上20質量部以下が好ましく、3質量部以上10質量部以下がより好ましい。
トナー母粒子110は、トナー粒子100の定着性及び耐オフセット性を向上させるために、離型剤を含有することができる。離型剤の例としては、各種のワックス類が挙げられる。
トナー母粒子110における離型剤の使用量は、トナー粒子100の定着性及び耐オフセット性の向上のために、結着樹脂100質量部に対して1質量部以上30質量部以下が好ましく、5質量部以上20質量部以下がより好ましい。
トナー母粒子110は、帯電レベルや帯電立ち上がり性を向上させ、耐久性及び安定性に優れるトナー粒子を得るために、電荷制御剤を含有することができる。帯電立ち上がり性とは、短時間で所定の帯電レベルにトナーを帯電させることが可能か否かの指標である。
トナー母粒子110は、トナーコアの表面を被覆するようにシェル層が形成された構成(いわゆるコア−シェル構造)を有していてもよい。トナーコアは、例えば、上記のトナー母粒子110と同様の組成又は構成を有してもよい。シェル層を構成する樹脂は、例えば熱硬化性樹脂(例えば、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、スルホアミド樹脂、尿素樹脂、グリオキザール樹脂、アニリン樹脂、又はポリイミド樹脂)を含む樹脂から構成されてもよい。
トナー母粒子110の体積平均粒子径は、形成画像を高画質なものとするために、4.0μm以上10μm以下であることが好ましい。また、同様の理由から、トナー母粒子110の数平均粒子径は、3.0μm以上9.0μm以下であることが好ましい。
トナー粒子100においては、流動性及び取扱性を向上させるために、トナー母粒子110の表面に外添剤160が外添されている。外添剤160はメラミン樹脂層130で被覆されたシリカ微粒子120(被覆シリカ微粒子140)を含み、さらに、被覆シリカ微粒子140以外の外添剤微粒子150を含んでいてもよい。
メラミン樹脂層130は、メラミン樹脂からなる層である。メラミン樹脂はメラミンとホルムアルデヒドとの重縮合物であり、メラミン樹脂の形成に使用されるモノマーはメラミンである。
外添剤160が外添されることで、トナー粒子100の耐久性が向上する。さらに、後述のキャリアは最外層にメラミン樹脂からなる第2層を含むものであるため、トナー粒子100から脱落した被覆シリカ微粒子140がキャリアに付着することを抑制できる。その結果、印字条件が変化した場合であっても、長期に亘って安定して高品質な画像を形成し得る(つまり、耐久性に優れる)2成分現像剤を得ることができる。
被覆シリカ微粒子140以外の外添剤微粒子150としては、通常の外添剤として使用可能な微粒子(例えば、酸化チタン微粒子、又は未被覆のシリカ微粒子)であれば、特に限定されない。
シリカ微粒子120におけるメラミン樹脂層130の量(被覆量)は、トナー粒子100の耐久性を向上させるために、100質量部のシリカ微粒子120に対して50質量部以上150質量部以下であることが好ましい。
なお、蛍光X線を用いてメラミン樹脂に含有される窒素原子を定量することにより、被覆シリカ微粒子140の表面にメラミン樹脂層130が形成されていることを確認できる。
被覆シリカ微粒子140の粒子径は、トナー粒子100の流動性及び取扱性の向上のために、0.01μm以上1.0μm以下が好ましい。
被覆シリカ微粒子140の量は、流動性と、取扱性と、トナー粒子100及び後述の2成分現像剤の耐久性とを向上させるために、100質量部のトナー母粒子110に対して1質量部以上10質量部以下であることが好ましく、1質量部以上5質量部以下であることがより好ましい。
シリカ微粒子120の比表面積は、均一なメラミン樹脂層130が容易に形成されるために、100〜300m2/gであることが好ましい。
(キャリア)
図3を参照して、キャリアについて以下に説明する。図3は、本実施形態の2成分現像剤に含まれるキャリア200を示す。図3に示すようにキャリア200は、キャリア芯材210と、キャリア芯材210の表面を被覆する第1層220と、第1層220を被覆する第2層230とを含む。第1層220はフッ素系樹脂から構成され、第2層230はメラミン樹脂から構成される。
第1層220を構成するフッ素系樹脂が帯電付与性に優れるため、キャリア200は、適切な帯電付与性を維持できる。なお、帯電付与性とは、トナー粒子100を帯電させる能力を意味する。また、第2層230を構成するメラミン樹脂が強度及び硬度に優れるため、キャリア200の耐久性を向上させるとともに、スペント(キャリア表面へのトナー粒子100の成分の付着)を抑制できるため、2成分現像剤の耐久性をも向上させることができる。
なお、第1層220と第2層230との2層構成を採用せず、フッ素系樹脂とメラミン樹脂との混合樹脂から構成される層のみでキャリア芯材210を被覆した場合は、比較的硬度の低いフッ素系樹脂の一部が表面に露出する。そのため、耐久性に劣るキャリア及び2成分現像剤しか得られない。
キャリア芯材210の材料としては、2成分現像剤のキャリアに用いられ得る公知の材料が挙げられる。例えば、フェライト、マグネタイト、鉄、ニッケル、又はコバルトのような金属;上記の金属と、銅、亜鉛、アンチモン、アルミニウム、鉛、スズ、ビスマス、ベリリウム、マンガン、マグネシウム、セレン、タングステン、ジルコニウム、又はバナジウムのような金属との合金又は混合物;フェライト、酸化鉄、酸化チタン、又は酸化マグネシウムのような金属酸化物;上記の金属又は金属酸化物と、窒化クロム又は窒化バナジウムのような窒化物との混合物;上記の金属又は金属酸化物と、炭化ケイ素又は炭化タングステンのような炭化物との混合物;強磁性フェライトが挙げられる。キャリア芯材の材料は、必要な磁気特性を得ることが容易であるために、フェライト又はマグネタイトが好ましい。
キャリア芯材210の平均粒子径は、30μm以上100μm以下であることが好ましい。キャリア芯材210の平均粒子径が30μm以上100μm以下である場合、キャリア200が含まれる本実施形態の2成分現像剤は、良好な現像性を達成できる。上記の平均粒子径は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて測定できる。
第1層220について以下に説明する。本実施形態においては、上述のように、第1層220がフッ素系樹脂で構成されるため、キャリア200の帯電付与性を好適なものにすることができる。
フッ素系樹脂としては、例えば、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリテトラフロロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリレン(PVDF)、又はポリフッ化ビニル(PVF)が挙げられる。帯電付与性を十分に好適なものにするために、フッ素系樹脂はテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、及びポリテトラフルオロエチレンから選択される1種以上であることが好ましい。
キャリア200における第1層220の形成に用いるフッ素系樹脂の使用量は、100質量部のキャリア芯材210に対して1質量部以上15質量部以下であることが好ましい。フッ素系樹脂の使用量が1質量部以上である場合は、キャリア200の帯電付与性が低下しないため、かぶり(非露光部においてもトナー粒子が付着する現象)を抑制できる。さらに、現像中にトナー粒子のみが過度に飛翔することを抑制できる。また、フッ素系樹脂の使用量が15質量部以下である場合は、帯電付与性が適度に低くなり、高くなり過ぎることがないため、現像性の低下に起因する形成画像の画像濃度が所望する値を下回ることを抑制できる。
第1層220の厚さは、帯電付与性を好適なものにするために、100nm以上2000nm以下であることが好ましい。
第2層230について以下に説明する。メラミン樹脂は、硬度が高く、耐摩擦性及び耐熱性に優れる。メラミン樹脂から構成される第2層230にて被覆されることにより、キャリア200は優れた耐久性を有する。
第2層230の形成に用いるメラミン樹脂の使用量は、100質量部のキャリア芯材210に対して、1質量部以上15質量部以下であることが好ましい。メラミン樹脂の使用量が1質量部以上である場合は、キャリア200の強度及び耐久性を十分に向上させることができる。一方、メラミン樹脂の使用量が15質量部以下である場合は、カチオン性が強すぎることがなく、2成分現像剤においてトナー粒子とキャリア100とが均一に混合される。15質量部以下の場合、第1層のフッ素のトナー粒子に対する帯電付与性能が十分に得られる為、トナーを好適に帯電させることができる。なお、メラミン樹脂の使用量が多すぎることにより第2層が厚くなりすぎると第1層のフッ素系樹脂の有するトナーを帯電させる機能が損なわれてしまう。
第2層230の厚さは、良好な耐久性を達成するために、100nm以上2000nm以下であることが好ましい。
図4を参照して、本実施形態の2成分現像剤に含まれるキャリアについてさらに説明する。図4は、本実施形態の2成分現像剤に含まれるキャリアの別の態様を示す。図4に示すようにキャリア300は、キャリア芯材210と、第1層220と、第2層230と、無機微粒子層310とを含む。無機微粒子層310は無機微粒子を含み、第1層220と第2層230との層間に形成される。
無機微粒子層310は、無機微粒子が有する導電性に起因して、現像電極として作用する。そのため、キャリア300は、エッジ効果(画像の周辺部では濃度が高く、画像の中心部では濃度が低くなる効果)が抑制された高画質な画像を形成し得る。また、無機微粒子層310が形成される場合は、無機微粒子が有する導電性に起因して、トナー粒子が過剰に帯電することを抑制できる。一般に、低印字率で連続して記録媒体に印字した場合においては、形成した画像の画像濃度が低下する傾向にある。しかし、無機微粒子層310が形成されることにより、低印字率での連続印刷時に発現する画像濃度の低下を抑制し得るキャリアを得ることが出来る。また、一般に、フッ素系樹脂は他の樹脂との相溶性(なじみ)が不十分であるため、第1層220の表面に、均一な第2層230を成膜することができない場合がある。しかし、第1層220と第2層230との層間に無機微粒子層310が形成される場合は、無機微粒子が基点となり第1層220の表面にメラミン樹脂が良好に拡散する。その結果、第2層230が均一に成膜され得る。
無機微粒子層310に含まれる無機微粒子としては、例えば、マグネタイト微粒子、酸化チタン微粒子、シリカ微粒子、又はアルミナ微粒子が挙げられる。無機微粒子としては、高い導電性を有するため、マグネタイト微粒子が好ましい。
無機微粒子層310に含まれる無機微粒子の平均粒子径は、一次粒子径で、1000nm以下であることが好ましく、10nm以上500nm以下がより好ましく、50nm以上300nm以下が特に好ましい。無機微粒子の平均粒子径が1000nm以下である場合は、無機微粒子層310からの無機微粒子の脱落を抑制できる。また、無機微粒子の平均粒子径が50nm以上である場合は、キャリア300の帯電付与性を良好にすることができる。
無機微粒子層310の形成に用いる無機微粒子の使用量は、キャリア芯材に対して0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。無機微粒子の使用量が0.1質量%以上である場合は、形成した画像におけるエッジ効果による画像不良の発生を抑制できる。また、トナー粒子100の帯電量の過剰な上昇を抑制することができるので、形成した画像の画像濃度が所望する値を下回ることを抑止することができる。これらにより、高画質な画像を形成できる。一方、無機微粒子の使用量が10質量%以下である場合は、無機微粒子層310は無機微粒子の脱落が抑制された、均一な層となる。
なお、図4に示すように、無機微粒子層310は、無機微粒子同士が間隙を有するように形成されていることが好ましい。なぜなら、このような場合は、第1層と第2層とが無機微粒子層310で完全に隔てられていないため、第1層と第2層との密着性が損なわれず、第1層に第2層が良好に付着して脱落しないためである。
(2成分現像剤)
図5を参照し、本実施形態の2成分現像剤について説明する。図5は、本実施形態の2成分現像剤400を示す。図5に示すように、本実施形態の2成分現像剤400は、トナー粒子100と、キャリア200とを含む。
2成分現像剤400において、トナー粒子100の含有量は、100質量部のキャリア200に対して1質量部以上20質量部以下であることが好ましく、3質量部以上15質量部以下であることがより好ましい。トナー粒子100の含有量を1質量部以上20質量部以下とすることで、2成分現像剤400においては、良好なトナー飛散の防止性と帯電性とを両立することができる。
(2成分現像剤の製造方法)
2成分現像剤400の製造方法は、トナー粒子100を調製する工程(トナー粒子調製工程)と、キャリア200を調製する工程(キャリア調製工程)と、トナー粒子100とキャリア200とを混合する工程(混合工程)とを包含する。
図1を参照して、トナー粒子調製工程について説明する。トナー粒子100を調製する工程は、トナー母粒子110を準備する工程(トナー母粒子準備工程)と、外添剤160を調製する工程(外添剤調製工程)と、外添剤160をトナー母粒子110に外添する工程(外添工程)とを含む。外添剤160はメラミン樹脂層130で被覆されたシリカ微粒子120(被覆シリカ微粒子140)を含む。
トナー母粒子準備工程を実行するには、市販のトナー母粒子をそのまま用いてもよい。又は、結着樹脂中に、必要に応じて結着樹脂以外の成分(例えば、着色剤、電荷制御剤、又は離型剤)を良好に分散させてトナー母粒子を調製する方法を用いてもよい。このような方法としては、具体的には、溶融混練法が挙げられる。
溶融混練法を用いたトナー母粒子準備工程を以下に説明する。溶融混練法を用いたトナー母粒子準備工程は、溶融混練工程、粉砕工程、及び分級工程を実施することによって実行される。溶融混練工程においては、結着樹脂と、必要に応じて結着樹脂以外の成分とを混合し、得られた混合物を溶融混練し、溶融混練物を得る。粉砕工程では、得られた溶融混練物を適宜に冷却固化等した後、公知の手法で粉砕して粉砕物を得る。分級工程では、得られた粉砕物を公知の手法で分級し、所望の粒子径のトナー母粒子110を得る。
外添剤調製工程について説明する。シリカ微粒子120の表面にメラミン樹脂層130を被覆して被覆シリカ微粒子140を調製する。具体的には、適切な溶剤(例えば、水)に、メラミン樹脂前駆体及びシリカ微粒子を添加する。そして、適切な反応温度及び反応時間で、メラミン樹脂前駆体を反応させる。反応後の溶液に沈殿した沈殿物を、公知の方法を用いて、ろ過及び乾燥することで被覆シリカ微粒子140を調製することができる。
被覆シリカ微粒子140をそのまま外添剤160として用いてもよいし、被覆シリカ微粒子140と、必要に応じて被覆シリカ微粒子140以外の外添剤微粒子150とを公知の方法を用いて混合することにより、外添剤160とすることができる。
外添工程においては、トナー母粒子110の表面に外添剤160を外添させる。好適な外添方法としては、外添剤160がトナー母粒子110の表面に完全に埋没しないように外添条件を調整して、混合機(例えば、ヘンシェルミキサー又はナウターミキサー)を用い、トナー母粒子110と外添剤160とを混合する方法が挙げられる。
図3を参照して、キャリア調製工程について説明する。キャリア調製工程においては、キャリア200を調製する。キャリア調製工程は、キャリア芯材210を準備する工程(キャリア芯材準備工程)と、第1層形成用液を供給する工程(第1層形成用液供給工程)と、第2層形成用液を供給する工程(第2層形成用液供給工程)と、熱処理工程とを包含する。
キャリア芯材準備工程においては、キャリア芯材210を準備する。具体的には、フェライトやマグネタイトのような金属を、ボールミルなどの粉砕機を用いて粉砕し、次いで焼成することで、キャリア芯材210を調製できる。焼成には、例えば、バーナー式焼成炉、ロータリー式焼成炉、又は電気炉を用いることができる。キャリア芯材準備工程の焼成温度は、例えば、900℃以上1200℃以下とすることができる。同様に、焼成時間は、例えば、1時間以上24時間以下とすることができる。また、キャリア芯材準備工程においては、市販のキャリア芯材を準備してもよい。
第1層形成用液供給工程においては、第1層形成用液を調製し、この第1層形成用液をキャリア芯材210の表面に供給する。第1層形成用液はフッ素系樹脂を含み、フッ素系樹脂を適切な溶剤に分散させて調製される。フッ素系樹脂を含む第1層形成用液に対して後述の熱処理工程を実行し、キャリア芯材210の表面でフッ素系樹脂を硬化させることで、第1層220を形成することができる。溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン又はテトラヒドロフランが挙げられる。これらの溶剤は混合して用いられてもよい。
キャリア芯材210の表面に第1層形成用液を供給するには、例えば、第1層形成用液にキャリア芯材210を浸漬する方法、又は、予めキャリア芯材210を流動化させた状態で第1層形成用液を噴霧する方法を採用できる。
第2層形成用液供給工程においては、第2層形成用液を調製し、第1層形成用液が供給されたキャリア芯材210の表面に、この第2層形成用液を供給する。第2層形成用液はメラミン樹脂を含み、メラミン樹脂を適切な溶剤に分散させて調製される。そして、メラミン樹脂を含む第2層形成用液に対して後述の熱処理工程を実行し、第1層形成用液が供給されたキャリア芯材210の表面にてメラミン樹脂を硬化させることで第2層230を形成することができる。溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン又はテトラヒドロフランが挙げられる。これらの溶剤は混合して用いられてもよい。
第1層形成溶液が供給されたキャリア芯材210に対して、第2層形成用液を供給するには、例えば、第1層形成用液が供給されたキャリア芯材210を第2層形成用液に浸漬する方法、又は、第1層形成用液が供給されたキャリア芯材210を予め流動化させた状態で、このキャリア芯材210に対して第2層形成用液を噴霧する方法を採用できる。
熱処理工程においては、第2層形成用液を供給した後のキャリア芯材210に対して、熱処理を実行する。これにより、第1層形成用液、又は第2層形成用液に含まれる樹脂(つまり、フッ素系樹脂、又はメラミン樹脂)を硬化させ、第1層220、又は第2層230を形成する。具体的には、第1層形成用液及び第2層形成用液がこの順で供給されたキャリア芯材210を公知の方法で流動化させつつ熱処理することで、熱処理工程を実行することができる。熱処理温度は、例えば200℃以上300℃以下とすることができる。熱処理時間は、例えば30分以上90分以下とすることができる。
なお、図4に示すように第1層220と第2層230との層間に無機微粒子層310が形成される場合は、第1層形成用液供給工程と第2層形成用液供給工程との間に、無機微粒子層310を形成する工程(無機微粒子層形成工程)を実行すればよい。具体的には、無機微粒子層形成工程においては、第1層形成用液を供給した後のキャリア芯材210と無機微粒子とを公知の混合撹拌機を用いて撹拌することで、無機微粒子を第1層形成用液の表面に付着させ、無機微粒子層310を形成できる。混合攪拌機としては、例えば、ボールミル、V型混合機、又はヘンシェルミキサーが挙げられる。
本実施形態の製造方法における混合工程では、適宜な条件で、トナー粒子100とキャリア200とを混合し、上述のような本実施形態の2成分現像剤を得る。混合工程には、ボールミル、ナウターミキサー又はロッキングミキサー(登録商標)のような混合機を用いることができる。
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例の範囲に何ら限定されるものではない。
(実施例1)
被覆シリカ微粒子の調製
イオン交換水500mlに水溶性フェームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「AEROSIL200」、比表面積200m2/g)50gを添加して分散させた。次いで、0.5Nの塩酸(和光純薬工業株式会社製、「和光一級 087−01076」)を用いて、pHを3〜4に調整した後、メチロールメラミン(メチロールメラミン前駆体)(日本カーバイド工業株式会社製、「ニカレジンS−260」)50gを溶解させて溶液を得た。この溶液を1Lのセパラブルフラスコに入れ、恒温槽(ヤマト科学株式会社、「恒温水槽 BK400」)にて、70℃で30分間反応させた。反応後、セパラブルフラスコに沈殿した沈殿物をろ過し、乾燥機(ヤマト科学株式会社製、「角型真空定温乾燥機 DP43/63」)を用いて乾燥させた。次いで、乾燥後に凝集したシリカ微粒子に対して粉砕機(日本ニューマチック工業株式会社製、「超音速ジェット粉砕機PJM−80SP」)を用いて粉砕を行い、メラミン樹脂層で被覆されたシリカ微粒子を得た。
(トナー粒子aの作製)
シアントナー(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製の「TAKalpha5550」用シアントナー)をトナー母粒子として用いた。トナー母粒子の全量に対して、外添剤として酸化チタン微粒子(チタン工業株式会社製、「EC−100」)1.0質量%、及び上記の被覆シリカ微粒子0.7質量%をそれぞれ加えた。その後、ヘンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社製、「FM−10B」)を用いて回転数3500rpmにて5分間混合して外添処理を実行し、トナー粒子aを得た。
(キャリアAの作製)
まず、キャリア芯材準備工程を実行した。酸化マンガン(II)40質量部、酸化マグネシウム9質量部、酸化鉄(III)50質量部、及び酸化ストロンチウム1質量部を混合し、ボールミルにて2時間粉砕した。その後、1000℃で5時間焼成して、マンガン系フェライトキャリア芯材を得た。得られたマンガン系フェライトキャリア芯材においては、粒子径が40μmであり、そして、3000×103/4π・A/mの磁場を印加した時の飽和磁化が65Am2/kgであった。
次いで、第1層形成用液供給工程を実行した。メチルエチルケトン100質量部に、フッ素系樹脂としてテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)10質量部を分散させた第1層形成用液を調製した。固形分が5質量部の第1層形成用液を、100質量部の上記マンガン系フェライトキャリア芯材に対して流動コーティング装置を用いてスプレーコートした。
次いで、第2層形成用液供給工程を実行した。メラミン樹脂溶液(メチロール化尿素樹脂溶液(昭和電工株式会社製、「ミルベンレジンSUM−100」)と塩酸にてpH4に調整されたイオン交換水とからなる樹脂溶液(固形分濃度:80質量%))を第2層形成用液として用いた。100質量部のマンガン系フェライトキャリア芯材を流動化しつつ、固形分が5質量部の第2層形成用液をスプレーコートした。
その後、流動槽にて280℃で1時間の熱処理工程を実行して、フッ素系樹脂及びメラミン樹脂を硬化させ、キャリアAを得た。
(2成分現像剤の製造)
トナー粒子aとキャリアAとを、トナー粒子aの割合が10質量%となるように(すなわちトナー粒子aの添加量が、トナー粒子aとキャリアAとの合計量100質量部に対して10質量部となるように)混合し、ロッキングミキサー(登録商標)にて1時間攪拌混合して、実施例1の2成分現像剤を得た。
(実施例2)
第1層形成用液に配合されるフッ素系樹脂として、FEPに代えてテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)を使用した以外は、実施例1と同様の操作を行って、実施例2の2成分現像剤を得た。
(実施例3)
第1層形成用液に配合されるフッ素系樹脂として、FEPに代えてポリテトラフロロエチレン(PTFE)を使用した以外は,実施例1と同様の操作を行って、実施例3の2成分現像剤を得た。
(実施例4)
第1層形成用液に配合されるフッ素系樹脂として、FEPに代えてテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体[FEP(4.6フッ化)]とポリテトラフロロエチレン(PTFE)とが1:1(質量比)の割合で混合された混合樹脂を使用した以外は、実施例1と同様の処理を行って、実施例4の2成分現像剤を得た。
(実施例5)
第1層形成用液供給工程後に無機微粒子層形成工程を実施した以外は、実施例1と同様の操作を行って、2成分現像剤を得た。つまり、第1層形成用液供給工程を経た後のキャリア芯材100質量部を流動槽にて流動化させつつ、これにマグネタイト微粒子(チタン工業株式会社製、「RB−BL−P」、体積平均粒子径0.1μm)を3.0質量部添加し、このマグネタイト微粒子を第1層形成用液の表面に付着させて無機微粒子層を形成し、次いで第2層形成用液供給工程を実行した以外は、実施例1と同様の操作を行って、実施例5の2成分現像剤を得た。
(実施例6)
第1層形成用液に配合されるフッ素系樹脂として、FEPに代えてテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)を使用した以外は、実施例5と同様の操作を行って、実施例6の2成分現像剤を得た。
(実施例7)
第1層形成用液に配合されるフッ素系樹脂として、FEPに代えてポリテトラフロロエチレン(PTFE)を使用した以外は、実施例5と同様の操作を行って、実施例7の2成分現像剤を得た。
(実施例8)
第1層形成用液に配合されるフッ素系樹脂として、FEPに代えてテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体[FEP(4.6フッ化)]とポリテトラフロロエチレン(PTFE)とが1:1(質量比)の割合で混合された混合樹脂を使用した以外は、実施例5と同様の操作を行って、実施例8の2成分現像剤を得た。
(実施例9)
無機微粒子層形成工程において用いられるマグネタイト微粒子を、三井金属鉱業株式会社製のマグネタイト微粒子「TN−15」(体積平均粒子径0.17μm)に変更した以外は、実施例8と同様の操作を行って、実施例9の2成分現像剤を得た。
(実施例10)
無機微粒子層形成工程において用いられるマグネタイト微粒子を、酸化チタン微粒子(テイカ株式会社製、「JA−C」、体積平均粒子径0.18μm)に変更した以外は、実施例8と同様の操作を行って、実施例10の2成分現像剤を得た。
(実施例11)
シリカ微粒子の作製において、メチロールメラミンの使用量を10gとした以外は、実施例5と同様の操作を行って、実施例11の2成分現像剤を得た。
(実施例12)
シリカ微粒子の作製において、メチロールメラミンの使用量を100gとした以外は、実施例5と同様の操作を行って、実施例12の2成分現像剤を得た。
(実施例13)
シリカ微粒子の作製において、メチロールメラミンの使用量を500gとした以外は、実施例5と同様の操作を行って、実施例13の2成分現像剤を得た。
(比較例1)
シリカ微粒子として、水溶性フェームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「AEROSIL200」、比表面積200m2/g)の未処理品を使用した以外は、実施例5と同様の操作を行って、比較例1の2成分現像剤を得た。
(比較例2)
被覆シリカ微粒子の作製において、メラミン樹脂溶液に代えてアミノ変性シリコンオイルにて処理された水溶性フェームドシリカ(日本アエロジル株式会社製、「AEROSIL200」、比表面積200m2/g)を使用した以外は、実施例5と同様の操作を行って、比較例2の2成分現像剤を得た。
(比較例3)
キャリア芯材の表面に第2層(FEPから構成される層)のみを形成してキャリアAを得、第1層を形成しなかった以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較例3の2成分現像剤を得た。
(比較例4)
キャリア芯材の表面に第2層(メラミン樹脂から構成される層)のみを形成してキャリアAを得、第1層を形成しなかった以外は実施例1と同様の操作を行って、比較例4の2成分現像剤を得た。
(比較例5)
テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)とメラミン樹脂とを混合分散させた樹脂溶液をキャリア芯材の表面に付与し、フッ素系樹脂とメラミン樹脂とから構成される層のみを形成した以外は、つまり、キャリアAにおいて第1層及び第2層が積層された2層構成を採用せず、フッ素系樹脂とメラミン樹脂との混合樹脂から構成される被覆層を形成した以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較例5の2成分現像剤を得た。なお、比較例5にて用いられた樹脂溶液は、イオン交換水100質量部に対して、5質量部のFEPを混合した樹脂溶液と、実施例1の第2層形成用液供給工程において調製されたメラミン樹脂溶液5質量部とを混合して得られた。
(比較例6)
実施例1における第2層形成用液をキャリア芯材に供給し、実施例1における第1層形成用液を無機微粒子層上に供給した以外は、つまり、実施例1に対して、第1層と第2層との積層順を入れ替えた以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較例6の2成分現像剤を得た。
(比較例7)
第2層形成用液において、メラミン樹脂溶液におけるメチロール化尿素樹脂に代えて尿素樹脂(昭和電工株式会社製、「ミルベンレジン3HSP−H」)を使用した以外は、実施例5と同様の操作を行って、比較例7の2成分現像剤を得た。
(比較例8)
第2層形成用液において、メラミン樹脂溶液におけるメチロール化尿素樹脂に代えてシリコーン樹脂(東レダウコーニング株式会社製、「SR2410」)を使用した以外は、実施例5と同様の操作を行って、比較例8の2成分現像剤を得た。
実施例及び比較例にて得られた2成分現像剤の評価方法は、以下の通りである。
(1)画像濃度(ID)
実施例及び比較例にて得られた2成分現像剤と補充用のトナー粒子とを用い、通常環境(温度20℃、相対湿度50%)にて、複合機(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製、「Taskalfa 500ci」)を用いて、初期評価用の画像サンプルAを出力した。その後、1.0%の印字率で10,000枚連続印刷を行った。そして、10,000枚連続印刷後の画像サンプル(画像サンプルB)を出力した。その後、5.0%の印字率で100,000枚連続印刷を行った。そして、100,000枚連続印刷後の画像サンプル(画像サンプルC)を出力した。なお、画像サンプルにはベタ画像領域(5cm×5cm)と非印字領域とが含まれる。画像サンプルA、画像サンプルB及び画像サンプルCのベタ画像の画像濃度(ID)を、マクベス反射濃度計(サカタインクスエンジニアリング株式会社製、「RD914」)を用いて測定した。5箇所の測定値の平均を測定対象の画像の画像濃度とした。そして、以下の基準で画像濃度を評価した。
◎(非常に良い):IDが1.3(−)以上である。この場合は、画像濃度が特に高く、画像品質が極めて良好である。
○(良い):IDが1.0(−)以上1.3(−)未満である。この場合は、画像濃度が高く、画像品質が良好である。
×(不良):IDが1.0(−)未満である。この場合は、画像濃度が非常に薄く、画像品質が悪い。
(2)かぶり値(FD)
上記画像濃度評価で得た、画像サンプルA、画像サンプルB及び画像サンプルCの非印字領域のかぶり値(FD)を反射濃度計(井原電子工業株式会社製、「R710」)にて測定した。なお、FDは下記式にて算出した。なお、5箇所の測定値の平均をかぶり値とした。
FD=(印刷を施した紙の白紙部の反射濃度)―(印刷を施していない紙の反射濃度)
なお、以下の基準でかぶり値を評価した。
◎(非常に良い):FDが0.005(−)以下である。この場合は、FDが特に低く、極めて良好である。
○(良い):FDが0.005(−)を超え0.010(−)以下である。この場合は、FDが低く、良好である。
×(不良):FDが0.010(−)を超える。この場合は、FDが非常に高く、画像品質が悪い。
表1に、実施例及び比較例にて得られた2成分現像剤の評価結果をまとめて示す。
Figure 2015132681
なお、表1中、「−」は、無機微粒子層を形成しなかったことを示す。「※1」は、表面が被覆されていないシリカ微粒子を用いたことを示す。「※2」は、キャリアAにおいて第1層のみを形成し、第2層を形成しなかったことを示す。「※3」は、キャリアAにおいて第2層のみを形成し、第1層を形成しなかったことを示す。「※4」は、キャリアAにおいて第1層及び第2層が積層された2層構成とせず、フッ素系樹脂及びメラミン樹脂から構成される被覆層を形成したことを示す。シリカ微粒子の表面を処理する材料の量は、「質量部」を単位とする。
表1から明らかなように、実施例1〜4で得られた2成分現像剤は、メラミン樹脂層が形成されたシリカ微粒子を含む外添剤にて外添されたトナー粒子と、キャリア芯材の表面を被覆する第1層と第1層の表面を被覆する第2層とを含むキャリアとを含むものであった。そのため、印字率を変更して連続で印刷を行った場合においてもトナー粒子の帯電量が安定し、形成した画像の画像濃度が所望する値よりも低下せず、かぶりが抑制されていた。
実施例5〜9で得られた2成分現像剤は、第1層と第2層との層間にマグネタイト微粒子を含む無機微粒子層が形成されたキャリアを含んでいた。そのため、キャリアにおいて無機微粒子層が形成されていない実施例1〜4と比較すると、キャリアにおける第2層の均一性が良好となり、5.0%の印字率での連続印刷後のかぶりが抑制されていた。さらに、マグネタイト微粒子が高い導電性を有するためチャージアップが抑制されたことに起因して、1.0%の印字率での連続印刷後に形成した画像の画像濃度が所望する値よりも低下することが実施例1〜4よりも抑制されていた。
実施例10で得られた2成分現像剤は、第1層と第2層との層間に酸化チタン微粒子を含む無機微粒子層が形成されたキャリアを含んでいた。そのため、キャリアにおいて無機微粒子層が形成されていない実施例1〜4の2成分現像剤と比較すると、キャリアにおける第2層の均一性が良好となり、5.0%の印字率での連続印刷後のかぶりが抑制されていた。しかしながら、酸化チタン微粒子の導電性はマグネタイト微粒子の導電性と比較すると低いため、1.0%の印字率での連続印刷後の画像濃度は、無機微粒子層が形成されていないキャリアが含まれる実施例1〜4の2成分現像剤を用いた場合の画像濃度と同程度であった。
実施例11で得られた2成分現像剤においては、シリカ微粒子表面にメラミン樹脂の量を減少させてメラミン樹脂層を被覆させた。実施例12で得られた2成分現像剤においては、メラミン樹脂層を構成するメラミン樹脂の量を増加させた。これらの2成分現像剤に関しては、画像濃度及びかぶりの何れにおいても、実施例5と同程度の良好な結果となった。
実施例13で得られた2成分現像剤においては、シリカ微粒子表面にメラミン樹脂の量を多くさせてメラミン樹脂層を被覆させたことで、シリカ微粒子が若干凝集した。しかし、画像濃度及びかぶりの何れにおいても良好な結果となった。
比較例1で得られた2成分現像剤は、何ら表面処理がなされていないシリカ微粒子で外添されたトナー粒子を含んでいた。比較例2で得られた2成分現像剤は、アミノ変性シリコンオイルで表面処理されたシリカ微粒子で外添されたトナー粒子を含んでいた。これらの2成分現像剤に関しては、5.0%の印字率での連続印刷後にかぶりが発生した。これは、シリカ微粒子がキャリアに付着してキャリアを汚染することでキャリアの帯電付与性が低下し、これによりトナーの帯電量が低下したためであると考えられる。
比較例3で得られた2成分現像剤は、第2層が形成されていないキャリアを含んでいた。そのため、キャリアの帯電付与性が高くなり過ぎたことに起因して、初期印刷時から画像濃度が低かった。
比較例4で得られた2成分現像剤は、第1層が形成されていないキャリアを含んでいた。そのため、帯電付与性が極端に低くなり初期印刷時から画像濃度が低く、加えてかぶりが発生した。さらに連続印刷時には、トナー粒子が現像機内に飛翔し、評価を継続することができなかった。
比較例5で得られた2成分現像剤は、フッ素系樹脂とメラミン樹脂との混合樹脂から構成される層が形成されたキャリアを含んでいた。そのため、この被覆層が不均一になり帯電付与性が安定せず、1.0%の印字率での連続印刷後に画像濃度が低下した。さらに、5.0%の印字率での連続印刷後にかぶりが発生した。これは、比較例5の2成分現像剤において、キャリアのトナーを帯電する能力が低いためと考えられる。
比較例6で得られた2成分現像剤は、第1層と第2層との積層順が逆であるキャリアを含んでいた。そのため、帯電付与性が高くなり過ぎてしまい、初期印刷時から画像濃度が低くなった。
比較例7で得られた2成分現像剤は、第2層を構成する樹脂としてメラミン樹脂ではなく尿素樹脂を使用した。そのため、シリカ微粒子がキャリアに付着することでキャリア汚染が発生し、5.0%の印字率での印刷時にキャリアの帯電付与性が低下したことに起因して、かぶりが発生した。
比較例8で得られた2成分現像剤は、第2層を構成する樹脂としてメラミン樹脂ではなくシリコーン樹脂を使用した。そのため、キャリアの帯電付与性が高くなりすぎたことに起因して、印刷初期時から画像濃度が低下した。
本実施形態の2成分現像剤は、帯電性及び耐久性に優れる。そのため、本実施形態の2成分現像剤は、電子写真法が採用された画像印刷において好適に利用できる。
100 トナー粒子
110 トナー母粒子
120 シリカ微粒子
130 メラミン樹脂層
140 被覆シリカ微粒子
150 シリカ微粒子以外の外添剤微粒子
160 外添剤
200 キャリア
210 キャリア芯材
220 第1層
230 第2層
300 キャリア
310 無機微粒子層
400 2成分現像剤

Claims (5)

  1. トナー粒子とキャリアとを含む2成分現像剤であって、
    前記トナー粒子は結着樹脂を含有するトナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に外添された外添剤とを含み、
    前記外添剤は、メラミン樹脂層で被覆されたシリカ微粒子を含み、
    前記キャリアは、キャリア芯材と、前記キャリア芯材の表面を被覆する第1層と、前記第1層の表面を被覆する第2層とを含み、
    前記第1層がフッ素系樹脂から構成され、前記第2層がメラミン樹脂から構成される、2成分現像剤。
  2. 前記フッ素系樹脂が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、及びポリテトラフルオロエチレンから選択される1種以上である、請求項1に記載の2成分現像剤。
  3. 前記第1層と前記第2層との層間に形成された無機微粒子層をさらに含み、前記無機微粒子層が無機微粒子を含む、請求項1又は2に記載の2成分現像剤。
  4. 前記無機微粒子がマグネタイト微粒子である、請求項3に記載の2成分現像剤。
  5. トナー粒子とキャリアとを含む2成分現像剤の製造方法であって、
    前記トナー粒子を調製する工程と、
    前記キャリアを調製する工程と、
    前記キャリアと前記トナー粒子とを混合する工程とを包含し、
    前記トナー粒子を調製する工程が、
    トナー母粒子を準備する工程と、
    外添剤を調製する工程と、
    前記外添剤を前記トナー母粒子に外添する工程とを含み、
    前記外添剤がメラミン樹脂層で被覆されたシリカ微粒子を含有し、
    前記キャリアを調製する工程が、
    キャリア芯材を準備する工程と、
    前記キャリア芯材の表面にフッ素系樹脂を含む第1層形成用液を供給する工程と、
    前記第1層形成用液が供給された前記キャリア芯材の表面にメラミン樹脂を含む第2層形成用液を供給する工程と、
    前記第1層形成用液及び前記第2層形成用液が供給された前記キャリア芯材を熱処理する工程と
    を含む、2成分現像剤の製造方法。
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